糖基质对新鲜和高静水压加工台农芒果汁中关键香气物质释放的影响

糖是果汁的关键成分。糖和芳香化合物的结合可影响果汁中风味的释放。在这项研究中，蔗糖，葡萄糖和果糖对香气活性化合物在新鲜和高静水压处理（HPP）台农芒果汁的释放的影响进行了评估。利用气相色谱-质谱-嗅觉测定法和气味活性值，共鉴定出并确定了新鲜和HPP芒果汁的四种香气活性化合物。此外，傅里叶变换红外光谱和等温滴定量热分析表明，糖挥发性相互作用是疏水驱动的，在一定程度上与氢键有关。随着鲜果汁中糖浓度的增加，活性挥发物的释放发生了显著的变化，而HPP果汁表现出更强的保留活性挥发物。结果表明，高静水压处理通过加强果汁基质内的香气保留来保持芒果汁风味的新鲜度。

本研究旨在探讨新鲜及高静水压处理的台农芒果汁的香气特性，并评估高静水压处理对台农芒果汁中糖-香气活性物质相互作用及香气释放的影响。采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用技术（HS-SPME-GCMS）对挥发性成分进行了研究，并通过检测频率分析和OAV对香气活性成分进行了鉴定。连同不同的糖含量，确定的活性香气化合物添加到未加工或HPP果汁模型，通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和等温滴定量热法（ITC），以研究它们的相互作用。本研究探讨了通过超高压加工和糖度调节来控制芒果汁中活性香气物质释放的可能性。

芒果汁因其具有吸引力的热带感官品质和丰富的营养化合物，如维生素C，β-胡萝卜素和多酚而受到青睐。芒果的香气通常是强烈而令人愉快的，在果汁的感官吸引力和消费者重复购买的决定中起着关键作用。芒果汁的香气特征在很大程度上取决于芒果品种。在全世界已知>1000种芒果品种，芒果的挥发性特征变化很大。迄今为止，已经在来自不同品种的芒果挥发物中鉴定出超过600种化合物。虽然大多数挥发物不是指定水果的标志性香气的主要贡献者，一些有效的微量挥发性化合物对感官特征具有至关重要的影响。气相色谱-嗅觉测定法（GC-O）方法（检测频率、稀释至阈值和直接强度）和气味活性值（OAVs）的计算通常结合应用于芒果挥发性物质的研究。香气物质的释放和保留取决于其理化性质和浓度以及它们的可感知性，这些可感知性受果汁主要成分和香气物质之间的相互作用的影响。

糖是果汁中一类重要的化合物。它们被广泛用于增甜饮料，并在芳香化合物的释放中发挥重要作用。糖浓度和加工工艺会影响芒果汁中的糖-香气相互作用，也会影响释放的香气化合物和甜味之间的平衡。高静水压处理是一种先进的冷巴氏杀菌方法，越来越多地用于食品加工。该技术最具竞争力的优势是高静水压处理可以延长芒果汁的保质期，而对其总酚类和总类胡萝卜素含量几乎没有负面影响。此外，高静水压处理后有利于保留芒果汁的关键香气化合物。虽然在高静水压处理（HPP）芒果汁的香气化合物的相当数量的损失，与未加工的对照相比，感官测试分数表明，HPP果汁与未加工果汁的关系比与巴氏杀菌果汁样品的关系更密切。然而，据我们所知，在高静水压加工条件下，糖对芒果汁香气释放和保留的影响仍不清楚。

如表1所示，通过HS-SPME-GC-MS从芒果汁中检测到52种挥发性化合物，其中萜烯类21种，酯类5种，酸类4种，醛类8种，醇类5种，酮类2种，芳香类5种，其他2种。其中，有三种化合物，即N，N-二丁基甲酰胺，2，6-二甲基-5-庚烯醛和（E，E）-2，6-二甲基-2，4，6-辛三烯，以前未在芒果中鉴定出。萜烯类、醛类和醇类化合物是新鲜芒果汁中的主要化合物。萜烯类化合物的浓度大于10000 µg/kg，占总挥发性化合物的96.70%。芒果萜烯中含量最高的化合物萜品油烯在新鲜台农芒果汁中达到8008.69 µg/kg，其次是4-莰烯（592.32 µg/kg）和3-莰烯（584.70 µg/kg）。这些挥发性物质的数量差异可能是由于地理，品种和果汁浓度的变化。

表1揭示了静水压处理对芒果汁中芳香化合物释放的影响。静液压加压处理后芒果汁中主要挥发性成分的含量降低了30%左右。HPP果汁中的一些萜烯（包括β-月桂烯、D-柠檬烯和4-莰烯）的含量显著（p < 0.05）低于新鲜果汁中的那些。来自表1的其他观察结果表明丁酸、己酸、（E）-2-戊烯醛、（E，Z）-2，6-壬二烯醛和5-羟甲基糠醛的浓度降低，在高静水压处理后，挥发性化合物的浓度低于检测限。果汁中不饱和脂肪酸的代谢可能导致醛和酸的产生，并且高静水压加工可能激活与脂质代谢相关的一些酶，导致芒果汁中存在的大多数醛和酸的减少。酯被认为是水果香气的重要贡献者，但它们的浓度被高静水压加工显著降低。然而，高静水压处理后，芒果汁中的醇的量没有增加，一个可能的解释是高静水压处理加强了水的挥发性，限制了醇的释放。2，4-二甲基苯甲醛、3-莰烯、（E，E）-2，6-二甲基-2，4，6-辛三烯、α-衣兰油烯和壬醛等挥发性物质的释放量在高压处理后有增加的趋势。这些挥发性化合物释放的增加可能是由于温度差异，因为在600 MPa的高静水压处理后观察到温度增加约15℃，这可能促进了挥发物的释放。

表2呈现了使用嗅闻鉴定出的13种气味活性化合物。共有7种化合物，包括β-月桂烯，3-癸烯，丁酸乙酯，丁酸，（E）-2-己烯醛，（E，Z）-2，6-壬二烯醛和（E，Z）-3，6-壬二烯-1-醇，由评估者检测到8次，这意味着这些化合物可能是新鲜芒果汁和HPP芒果汁的总体香气的最重要贡献者。这些挥发物中的大多数具有绿色、松香和草状香味。高静水压力处理可能影响D-柠檬烯的蒸发，并因此影响小组成员的嗅闻感知的敏感性，因为在新鲜芒果汁中检测到D-柠檬烯两次，但在HPP汁中仅检测到一次。

为了评价气味效力，计算每种挥发性化合物的OAV（表2）。新鲜芒果汁中10种挥发性物质的浓度均超过其阈值。OAV ≥ 1的化合物被认为是新鲜芒果汁香气的主要贡献者。（E，Z）-3，6-壬二烯-1-醇在新鲜芒果汁中具有最高的OAV（3588），其次是（E，Z）-2，6-壬二烯醛（666.50）。一般而言，高静水压处理不会显著改变大多数挥发物的OAV；然而，观察到其具有高达20%的变化（表2）

有趣的是，在新鲜果汁中具有最高OAV的（E，Z）-3，6-壬二烯-1-醇在高静水压处理后变得检测不到；这可能是因为高压会增加含有水和醇的混合物的粘度。增加的粘度可能阻止（E，Z）-3，6-壬二烯-1-醇从HPP芒果汁中释放，导致其浓度下降到GCMS的检测限以下。类似的香气保留也可适用于（E，Z）-2，6-壬二烯醛，因为在高静水压处理后其OAV下降至其新鲜状态的约一半。气味阈值在OAV测定中也起关键作用。萜品油烯是最丰富的化合物（OAV约为40），由于其高气味阈值（水中200 µg/kg），是芒果汁风味的第三大香气贡献者。同样的理论也可以解释为什么高浓度的3-莰烯和4-莰烯的OAV < 1。

根据检测频率分析和OAV（表2），通过两种方法鉴定了β-月桂烯、丁酸乙酯、（E，Z）-2，6-壬二烯醛和邻伞花烃，因此，它们被认为是芒果汁香气的最关键贡献者。通过比较检测频率分析和OAV，我们观察到这两种方法在鉴定关键香气化合物方面存在一些差异。萜品油烯（OAV = 40）通过OAV表征为香气活性化合物，但未能被评价者感知。这是因为使用水中的气味阈值来确定OAV，但是忽略了食物中不同挥发物之间的抑制和协同作用的复杂性，这使得OAV难以像在检测频率分析中那样完全反映真实的感知。相反，丁酸、3-莰烯和（E）-2-己烯醛被所有评估者感知，但它们的OAV值<1。我们注意到，每种气味剂的浓度-响应心理测量函数遵循史蒂文斯定律，其是独特的S形曲线，而具有相同OAV的化合物具有相似的强度。为准确鉴定芒果汁中的活性香气成分，需同时采用检测频率分析法和OAV法。为了评价糖对HPP芒果汁中主要关键香气化合物释放的影响，选择了两种挥发性物质（β-月桂烯和丁酸乙酯），这两种物质在台农芒果和大多数其他芒果品种中浓度较高。

图1给出了糖和糖挥发性混合物的光谱。在2800和3000 cm−1之间的单个糖的主要条带归因于C-H的弯曲振动。同时，1150和1470 cm-1之间的谱带可能是由于C-C-H、C-O-H和O-C-H基团的弯曲振动。在900和1150 cm-1区域的强峰可能是由于C-O和C-C的伸缩振动。对于β-月桂烯，C=C伸缩与1650 cm−1附近的谱带相关（数据未显示）。然而，1650 cm-1谱带被混合物中糖的强O-H变形所覆盖。除了来自糖或挥发物的条带之外，在任何混合物中均未观察到任何新条带，表明糖和挥发物的混合物既未产生新组分也未产生新共价键。注意，与单个糖相比，在糖-挥发性混合物中观察到羟基谱带的轻微偏移（3000至3500 cm-1），这表明糖和挥发性物质之间的分子间氢增加，以及氢的潜在形成。

表3示出了通过ITC将不同活性芳香化合物滴定成糖的热力学。本研究中糖-挥发物结合的吉布斯能变化范围为-22.79千卡/摩尔至-17.12千卡/摩尔，表明这些相互作用在能量上是有利的。焓变是疏水效应、氢键、π-π和范德华力的结果，而熵变是由于构象变化和去溶剂化。在这种自发的糖-挥发物结合中，在这种自发的糖-挥发物结合中，负吉布斯自由能主要来自正熵贡献沿着伴随着较小的焓贡献。推测糖与挥发物之间的分子间相互作用主要是由构象改变和去溶剂化诱导的熵变驱动的。理论上，由于有利的空间构象导致构象自由度的丧失，结合应导致熵减小。结合核中的去溶剂化产生系统无序，从而导致有利的熵增益，其补偿熵降低。此外，类似于甜味剂-富勒醇结合，糖-挥发物结合中的压倒性驱动力是疏水效应。尽管约一半的疏水效应源于水分子在室温下的氢键三维网络晶格的熵，但疏水效应仍具有焓分量。此外，我们注意到较小的负焓变在一定程度上促进了糖-挥发物相互作用（表3），表明氢键和疏水效应的潜在贡献。所提出的氢键结合与我们的FT-IR观察结果一致（图1）。

果糖对β-月桂烯和丁酸乙酯的结合位点数分别为1.34和1.17，高于蔗糖和葡萄糖。相反，葡萄糖是最不利的挥发物结合糖，β-月桂烯和丁酸乙酯的结合位点分别只有0.81和0.55。利用疏水-亲脂平衡，果糖具有比蔗糖和葡萄糖更高的疏水性，这可以解释其在疏水效应驱动的相互作用中对挥发物的更高亲和力。对于任何给定类型的糖，β-月桂烯似乎具有比丁酸乙酯更好的亲和力，这是由于β-月桂烯双键所产生的疏水环境，这可以为糖-挥发性相互作用提供更多的结合位点。

图2示出了加糖量对新鲜芒果汁和HPP芒果汁中芳香活性化合物释放的影响。新鲜芒果汁中β-月桂烯含量为5684 μg/kg，添加15%葡萄糖、果糖和蔗糖后，β-月桂烯含量分别为2554 μg/kg、2958 μg/kg和2289 μg/kg，与对照组相比差异显著（p < 0.05）。可能是β-月桂烯和糖之间的疏水作用可能阻止了芳香化合物的释放。此外，β-月桂烯释放的抑制也可能是由于糖添加引起的粘度增加引起的。然而，增加糖含量并未导致HPP芒果汁中β-月桂烯释放的显著变化（p > 0.05）（图2A-C）。虽然高静水压处理不影响维生素、色素和挥发性分子，但它可以改变氢键、离子键和疏水效应的特征。超高压处理后芒果汁中的糖与挥发性物质的非共价键作用增强，包括氢键作用和疏水作用，导致β-月桂烯被截留在芒果汁中。同时，由于糖的量引起了粘度的增加，减少了挥发物的释放，从而掩盖了高静水压处理的效果因此，添加糖不影响HPP汁中β-月桂烯的释放。

在新鲜芒果汁中，在添加5%单糖后，丁酸乙酯的浓度显著（p < 0.05）增加（图2D，E）。添加低浓度的葡萄糖/果糖结合游离水，诱导盐析效应并促进丁酸乙酯的释放。但较高浓度的葡萄糖和果糖也会增加芒果汁的粘度，从而降低丁酸乙酯的释放。蔗糖的加入并没有改变丁酸乙酯的浓度释放由于盐析效应和糖挥发性相互作用之间的潜在平衡。有趣的是，在新鲜芒果汁中未观察到β-月桂烯的盐析效应。这可能是因为β-月桂烯的极性使其在糖浓度> 20%时发生盐析作用。随着糖浓度的增加，在HPP芒果汁中没有观察到丁酸乙酯释放的显著变化（图2D-F），表明高静水压加工增强了疏水作用和氢键结合以将活性芳香化合物保留在汁液内。

结果表明，尽管超高压处理后芒果汁的主要挥发性成分减少了约30%，但β-月桂烯、丁酸乙酯、（E，Z）-2，6-壬二烯醛和邻伞花烃等是新鲜和高压处理后台农芒果汁中的活性香气成分。糖含量的增加并不影响香气的释放在HPP果汁，而香气的释放在新鲜果汁中的芳香族化合物的具体结构而改变。此外，香气释放的变化主要是熵驱动，介导的去溶剂化和疏水效应。我们的观察表明，高静水压处理技术倾向于加强果汁基质中活性挥发物的保留。这些研究结果表明，高静水压处理是一种很有前途的技术，可用于捕获果汁中的活性香气化合物，以实现活性香气化合物的缓慢释放和新鲜香气的保留。

文献链接：

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2020.128117

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